低温定向制备高比表面积木质颗粒活性炭的方法技术

本发明专利技术提出一种低温制备高比表面积木质颗粒活性炭的方法，以木质纤维素类原料与磷酸在浓硫酸的催化下加热进行酸水解糖化处理，使混合料具备可成型的粘性，经捏合后成型为柱状（或球状），经180~300℃的干燥固化后在350~500℃活化可以制备出具有高性能的木质成型颗粒活性炭：比表面积可达2600m2/g，总孔容可达2.05cm3/g，孔径大小主要分布在12~50?范围，可占85%以上，CCl4吸附值在120%以上。在制备高比表面积活性炭技术方面，与物理活化（水蒸气，CO2等）法相比，本技术有低能耗、高吸附性能和高得率的优点；与碱法相比，本技术有活化剂易于回收、成本低和环境污染轻等优点。

Method for preparing high specific surface area woody particle activated carbon by low temperature direction

The invention provides a method for preparing the high specific surface area of granular activated carbon, with lignocellulose and phosphoric acid in concentrated sulfuric acid as catalyst under the heating process of acid hydrolysis saccharification, the mixture can be formed by kneading viscous molding for the column (or ball), drying and curing 180~300 C the at 350~500 DEG C after activation can be prepared by molding wooden granular activated carbon with high performance: the specific surface area of 2600m2/g, total pore volume and pore size of up to 2.05cm3/g, mainly distributed in the range of 12~50? Can be accounted for more than 85%, the adsorption value of CCl4 in more than 120%. In the preparation of high surface area activated carbon technology, and physical activation (water vapor, CO2) method, this method has low energy consumption, high adsorption performance and high yield advantages; compared with the alkali method, the technology of the activator is easy recovery and low cost, less environmental pollution etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由木质纤维素类原料浸渍磷酸在浓硫酸催化下加热酸水解糖化， 在低温350 500°C下定向制备高比表面积颗粒活性炭的方法。
技术介绍
高比表面积活性炭具有发达的微孔结构和较高的孔容积，因而在挥发性有机溶剂 (VOCs)回收、储能、气体分离、催化反应、超级电容器等方面具有巨大的应用潜力。当前， 制备高比表面积活性炭的主要途径是在高温下(700 1000°0，通过碱活化法(KOH，NaOH, K2CO3等)、物理活化法(水蒸汽，CO2等)或者是物理-化学联合法来制备。而如果能用磷 酸法在低温下制得高比表面积活性炭，尤其是高比表面积颗粒活性炭，来替代高温法所得 的高比表面积活性炭，将到达节能减排、减轻环境污染、提高活化得率、大大降低成本和能 源消耗的目的。例如，中国专利CN1304788A将KOH与石油焦按5:1的比例混合，在高温下 活化制备了比表面积超过3500 m2/g的活性炭；美国专利US5143889以中间相浙青炭微球 为原料，以KOH为活化剂制备了比表面积在300(T4600 m2/g左右的活性炭。Lili Wang等 以稻壳为原料，磷酸为活化剂制备了比表面积为2700m2/g的活性炭，左宋林也以杉木屑为 原料，磷酸活化法制备了比表面积在2500m2/g左右的活性炭。但以上的高比表面积活性炭 都是粉状的，当其用粘结剂制备出颗粒炭后其比表面积会有所下降。美国专利US5206207、 US5324703等采用木质原料经磷酸在480°C下(专利内无停留时间)活化制备了比表面积在 2500m2/g左右的颗粒活性炭，但其工艺周期过长，能源消耗较大，磷酸浓度过高(85%)且有 部分步骤较难控制。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的磷酸浓度过高、生产周期长、能源消耗大、孔分布不集中 等缺点，本专利技术提供了一种简化了的低温定向制备高比表面积高中微孔木质颗粒活性炭的 方法。本专利技术的技术方案为一种，包 括木屑与催化剂的混合、成型、干燥固化、活化、洗涤干燥工序，木屑与催化剂的混合步骤具 体是一个酸水解糖化过程，先将催化剂质量浓度为40 60%的磷酸与木屑按照纯磷酸与 绝干木屑质量比为1. 0 :1 3. 0:1的比例进行混合，并按照磷酸质量的1% 8%加入浓 硫酸，在酸水解糖化处理混合物料达到常规的能成型的粘度后进入成型工序，酸水解糖化 处理温度为100 120°C，时间1 4小时；成型工序为是在室温下，混合物料在捏合机中 捏合5 10分钟进入成型机成型为柱状或颗粒状活性炭；干燥固化在烘箱中进行，温度为 180 300°C，干燥固化时间为1 6小时。所用木屑为各种木材加工剩余物或各种果核壳，所述的木材加工剩余物粉碎至20 60目，果核壳破碎至3 16目，控制水分含量为5 40% w t。所用磷酸的。所述浓硫酸的质量浓度为80 98%。活化在马弗炉中进行，温度为350 500°C，活化时间为20 110分钟。理论研究发现，高于80%浓度的磷酸可以使木质纤维素类原料中天然多糖均勻的 溶解。天然多糖的水解过程，例如纤维素，可以用下列方程式表示权利要求1.一种，包括木屑与催化剂的混合、 成型、干燥固化、活化、洗涤干燥工序，其特征在于，木屑与催化剂的混合步骤具体是一个酸 水解糖化过程，先将催化剂质量浓度为40 60%的磷酸与木屑按照纯磷酸与绝干木屑质量 比为1. 0 1 3. 0 1的比例进行混合，并按照磷酸质量的1% 8%加入浓硫酸，在酸水解糖 化处理混合物料达到常规的能成型的粘度后进入成型工序，酸水解糖化处理温度为100 120°C，时间1 4小时；成型工序为是在室温下，混合物料在捏合机中捏合5 10分钟进 入成型机成型为柱状或颗粒状活性炭；干燥固化在烘箱中进行，温度为180 300°C，干燥 固化时间为1 6小时。2.根据权利要求1所述的低温定向制备高比表面积容木质颗粒活性炭的方法，其特征 在于，所用木屑为各种木材加工剩余物或各种果核壳，所述的木材加工剩余物粉碎至20 60目，果核壳破碎至3 16目，控制水分含量为5 40% w t。3.根据权利要求1所述的，其特征在 于，所述浓硫酸的质量浓度为80 98%。4.根据权利要求1所述的，其特征在 于，活化在马弗炉中进行，温度为350 500°C，活化时间为20 110分钟。全文摘要本专利技术提出一种低温制备高比表面积木质颗粒活性炭的方法，以木质纤维素类原料与磷酸在浓硫酸的催化下加热进行酸水解糖化处理，使混合料具备可成型的粘性，经捏合后成型为柱状(或球状)，经180~300℃的干燥固化后在350~500℃活化可以制备出具有高性能的木质成型颗粒活性炭比表面积可达2600m2/g，总孔容可达2.05cm3/g，孔径大小主要分布在12~50 范围，可占85%以上，CCl4吸附值在120%以上。在制备高比表面积活性炭技术方面，与物理活化(水蒸气，CO2等)法相比，本技术有低能耗、高吸附性能和高得率的优点；与碱法相比，本技术有活化剂易于回收、成本低和环境污染轻等优点。文档编号C01B31/12GK102092712SQ20111003314公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日专利技术者刘晓敏, 孙康, 朱光真, 邓先伦 申请人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温定向制备高比表面积木质颗粒活性炭的方法，包括木屑与催化剂的混合、成型、干燥固化、活化、洗涤干燥工序，其特征在于，木屑与催化剂的混合步骤具体是一个酸水解糖化过程，先将催化剂质量浓度为４０～６０％的磷酸与木屑按照纯磷酸与绝干木屑质量比为１．０：１～３．０：１的比例进行混合　，并按照磷酸质量的１％～８％加入浓硫酸，在酸水解糖化处理混合物料达到常规的能成型的粘度后进入成型工序，酸水解糖化处理温度为１００～１２０℃，时间１～４小时；成型工序为是在室温下，混合物料在捏合机中捏合５～１０分钟进入成型机成型为柱状或颗粒状活性炭；干燥固化在烘箱中进行，温度为１８０～３００℃，干燥固化时间为１～６小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓先伦，朱光真，刘晓敏，孙康，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：84